Vivere in un mezzo liquido in cui sono disciolti molti sali non è affatto semplice: scopriamo insieme cos’è l’osmosi e come gli organismi marini hanno ovviato al problema!
L’acqua di mare possiede proprietà chimico-fisiche uniche: in essa sono disciolti, infatti, gran parte dei 92 elementi chimici naturali. La molecola di H₂O, a causa della sua polarità, ha la capacità di sciogliere la struttura cristallina dei sali e circondare gli ioni che li compongono, portandoli in soluzione e impedendone la ricombinazione. Considerando 1 kg di acqua di mare, più dell’85% dei soluti in essa presenti è costituito da sodio (Na⁺) e cloro (Cl⁻); vi sono disciolti anche ioni solfato (SO₄2⁻), magnesio (Mg2⁺) , calcio (Ca2⁺), potassio (K⁺) e bicarbonato (HCO₃⁻). Un ambiente così ricco di sali induce una serie di effetti fisiologici sugli organismi marini, come l’osmoregolazione: vediamo perché ciò avviene e come gli animali si sono adattati a vivere nel profondo blu!
Foto di Sebastian Pena Lambarri via Unsplash
Che cosa si intende per osmosi?
Prendiamo in analisi due soluzioni, separate da una membrana semipermeabile, che differiscono per la concentrazione di soluti in esse disciolti. Quello che si osserva è un movimento netto di acqua, che diffonde spontaneamente attraverso la membrana, dalla soluzione più diluita (in cui sono presenti cioè meno sali) a quella più concentrata.
Nel primo compartimento, quindi, si ha perdita di H₂O: tale massa di acqua si è spostata nella seconda soluzione per diluirla e raggiungere quello che viene definito equilibrio osmotico.
immagine via thedifferentgroup.com
L’acqua di mare: una soluzione ipertonica
Le cellule degli organismi marini sono immerse in una soluzione molto ricca di sali e tendono a perdere acqua per bilanciare il gradiente di concentrazione: la soluzione marina è definita, per tale motivo, ipertonica. Gli abitanti dell’oceano hanno dovuto quindi evolvere particolari strategie di adattamento per combattere questa perdita di acqua e non disidratarsi. Vediamo insieme quali!
Osmoregolazione negli Invertebrati…
Gli invertebrati hanno adottato diversi accorgimenti per vivere in mare. In questo taxon si possono distinguere organismi pecilosmotici, in grado di adattare la concentrazione salina interna a quella ambientale, e omeosmotici, che invece la mantengono costante. Al primo gruppo appartengono vermi piatti e policheti: la regolazione avviene grazie alla presenza di tegumenti poco permeabili al flusso di acqua. Ciò consente all’animale, utilizzando speciali pompe ioniche presenti sulle membrane cellulari, di avere il tempo per regolare la concentrazione interna con l’esterno.
Molluschi e crostacei sono invece omeosmotici: assorbendo attivamente sali attraverso le branchie, questi animali riducono il gradiente di concentrazione e il conseguente flusso in uscita di acqua.
Verme piatto – foto via Canva
… e nei Vertebrati
1. SQUALI:
gli squali modulano la pressione osmotica regolando la concentrazione di urea nel sangue. L’urea è una molecola prodotta dal fegato nelle vie metaboliche di degradazione degli aminoacidi: gli squali concentrano notevoli quantità di questa sostanza a livello ematico, in modo da diventare quasi isosmotici rispetto all’acqua di mare. La pressione osmotica è infatti una proprietà colligativa, ovvero dipende solo dalla concentrazione del soluto, non dalla sua natura: quindi, anche se urea e sali sono composti chimici molto diversi, gli squali riescono comunque a limitare in questo modo le perdite di acqua. Inoltre, l’urea è una molecola che tende a rompere i legami peptidici presenti nelle proteine: per ovviare al problema, gli squali riversano nel sangue anche trimetilammina-N-ossido (TMAO) , che ha un effetto stabilizzante sulle proteine plasmatiche.
Squalo bianco, Carcharodon carcharias, Isole Neptune, in Australia Meridionale. Foto scattata dalla gabbia calata sul fondo da Alessandro De Maddalena, shark specialist.
2. PESCI OSSEI:
i pesci ossei evitano la disidratazione ingerendo grandi quantità di acqua attraverso il canale alimentare. I sali in eccesso vengono eliminati a livello branchiale da apposite cellule secretrici o rilasciati nell’intestino ed eliminati con le feci. Inoltre, viene prodotta pochissima urina, per non perdere acqua preziosa.
3. AMNIOTI:
negli Amnioti (rettili, uccelli, mammiferi) i processi di osmoregolazione prevedono la produzione di urina molto concentrata; inoltre, essendo per lo più predatori, ricavano dalle prede l’acqua di cui hanno bisogno. Nei cetacei, un’ingente quantità di acqua è ricavata dallo spesso strato di grasso, detto “blubber”, presente in questi animali: le reazioni di mobilitazione delle lunghe catene di acidi grassi, infatti, producono anche molecole di H₂O (la cosiddetta acqua metabolica). Nelle tartarughe marine è presente invece una ghiandola lacrimale modificata che produce una soluzione salina per eliminare i sali in eccesso; analoghe ghiandole per l’osmoregolazione sono presenti anche nelle cavità nasali degli uccelli marini.
Dettaglio del becco di un albatros: visibili gli sbocchi dei dotti delle ghiandole del sale – foto da surfbirds.com e schema da Ornithology.com
Migrazioni e cambiamenti di salinità
Organismi quali salmoni e anguille, che nel loro ciclo vitale migrano da acque dolci ad acque salate o viceversa, devono poter tollerare un ampio intervallo di salinità. Tali animali si dicono eurialini e possiedono specifici meccanismi di regolazione a livello della membrana cellulare, innescati da ormoni. Questi messaggeri chimici vengono prodotti solo in determinati periodi di vita dell’animale: ad esempio, nelle anguille vengono prodotti solo nelle fasi vitali in cui gli animali si trovano in mare, cioè durante il periodo riproduttivo; viceversa, nei salmoni la produzione cessa quando gli animali risalgono i fiumi per deporre le uova. Gli ormoni in questione si legano ai recettori della membrana, inducendo l’apertura di canali per il passaggio degli ioni all’interno della cellula: tali ioni modificano la concentrazione di soluti nella cellula, facendone diminuire il gradiente.
Salmoni – Foto di Brandon via Unsplash
Salinità estreme: i bacini ipersalini anossici
Se la salinità media dell’acqua marina si aggira intorno al 35‰, esistono ambienti in cui tale valore arriva anche al 30%: i bacini ipersalini anossici. Sono habitat profondi estremi, caratterizzati dalla totale mancanza di ossigeno e da concentrazioni circa 10 volte superiori di sali. Questi sistemi sono stati scoperti nel Golfo del Messico, nel Mar Rosso e nel Mediterraneo; in quest’ultimo ne sono stati localizzati sei nel bacino orientale. Questi tre mari sono accomunati dall’essere più o meno chiusi, condizione basilare per la formazione di tali habitat: l’evaporazione di un tratto di mare fa sì che si formino dei depositi evaporitici, il cui scioglimento successivo porta in soluzione i sali. Questi risultano essere intrappolati in depressioni del fondale marino: la loro dispersione è impedita dalla loro stessa densità, che fa sì che le acque del bacino ipersalino si stratifichino verso il basso.
Anche in questi habitat estremi è presente la vita: i dominatori delle comunità sono Archea e batteri, ma sono presenti anche altri organismi. Nel bacino Atalante (situato sulla dorsale che corre tra Peloponneso e Creta) sono state trovate tre specie del phylum Loricifera, uniche e assenti all’esterno di tali sedimenti.
Gli esseri viventi si sono quindi adattati al meglio per vivere in mare, anche in ambienti a salinità estrema. L’evoluzione ha selezionato favorevolmente quegli organismi che possedevano le caratteristiche migliori per la sopravvivenza: anche una condizione che può sembrare banale – come il vivere in un ambiente salato – presenta sfide evoluzionistiche non da poco e gli animali ci sorprendono sempre per le soluzioni trovate.
Bibliografia e sitografia:
- Biologia marina-Biodiversità e adattamento degli ecosistemi marini, Roberto Danovaro, ed. UTET
- Anatomia comparata, Vincenzo Stingo, ed EDI-ERMES
- Zoologia, Hickman, Roberts, Keen, Eisenhour, Larson, l’Anson, ed. Mc Graw-Hill
- Principi di fisiologia e biofisica della cellula, Vanni Taglietti, Cesare Casella, ed. La Goliardica Pavese
- Fisiologia degli animali marini, Alessandro Poli , Elena Fabbri, ed. EDI-SES
- https://www.microbiologiaitalia.it/didattica/ecologia-dei-bacini-anossici-ipersalini/#:~:text=I%20bacini%20anossici%20ipersalini%20(Deep,ossigeno%20assente%20ed%20alte%20pressioni
- https://www.jove.com/science-education/10989/osmoregulation-in-fishes
Autrice: Sara Parigi
Sara è volontaria Worldrise e autrice per SeaMag dal 2021. Attualmente è iscritta al terzo anno di Scienze Biologiche presso l’Università di Firenze. Appassionata di cetacei fin da quando era bambina, se fosse un animale marino sarebbe una balenottera, un po’ schiva e introversa, ma anche pacata e razionale.
